所谓电磁透镜，实际上是电磁线圈，通电后它产生 的轴向磁场与电子束中心线平行，径向磁场则与中 心线垂直。根据左手定则，电子束在前进运动中切 割径向磁场时产生圆周运动，而在圆周运动时在轴 向磁场中又将产生径向运动，所以实际上每个电子
三 加工装置
电子束控制系统
的合成运动为一半径愈来愈小的空间螺旋线而聚焦 交于一点。根据电子光学的原理，为了消除像差和 获得更细的焦点，常进行二次聚焦。
电源 电子束加工对电源电压的稳定性要求较高，常 用稳压设备，这是因为电子束聚焦以及阴极的发射 强度与电压波动有密切关系。
三 加工装置
加工装置结构示意图
三 加工装置
加工装置实物示意图
四 加工特点
电子束加工的特点是： (1)功率密度高 电子束能够极其微细地聚焦(束径可 达微米级)，且在微小面积上可达到很大的功率密度， 因此在轰击点处的瞬时温度高达数千度高温足以使 任何材料熔化或气化。由此可知，电子束可用来加 工任何材料的微孔或窄缝、半导体电路等，是一种 精密微细加工方法。 (2)工件变形小 电子束的瞬时热能是作用在极微小 面积上，所以加工部位的热影响区很小，在加工过 程中无机械力作用，故加工后不产生受力变形；此 外电子束加工也不存在工具消耗问题。所以它的加 工精度高、表面质量也好。
二 加工原理
电子束热加工
高功率密度照射时，电子束中心部分的饱和温度远 远超过蒸发温度，使材料从电子束的入口处排除出 去，并有效地向深度方向加工，这就是电了束打孔 加工。高功率密度电子束除打孔、切槽外，在集成 电路薄膜元件制作中。利用蒸发可获得高纯度的沉 积薄膜。
二 加工原理
电子束热加工
高功率密度照射时，电子束中心部分的饱和温度远 远超过蒸发温度，使材料从电子束的入口处排除出 去，并有效地向深度方向加工，这就是电了束打孔 加工。高功率密度电子束除打孔、切槽外，在集成 电路薄膜元件制作中。利用蒸发可获得高纯度的沉 积薄膜。
(5)电子束加工需要一套价格昂贵的．专用设备， 加工成本高。
五应用
电子束加工按功率密度的能量注入时间的不同，主 要应用于：
（1）打孔 （2）焊接 （3）蚀刻 （4）热处理
五应用
电子束的应用范围对应的不同电 子束功率密度及能量注入时间
五应用
打孔
电子束打孔已在生产中实际应用。目前，电子束打 孔的最小直径已达1 μm 。孔径在0．5～0．9mm时， 其最大孔深已超过10mm，即孔深径比大于15:1。打 孔的速度主要取决于板厚和孔径，通常每秒可加工 几十至几万个孔，而且有时还可以改变孔径。 在
二 加工原理
根据电子束产生的效应：
（1）电子束热加工
（2）电子束非热加工两种
二 加工原理
电子束热加工
二 加工原理
电子束热加工
图示为利用电子束热效应进行的各种加工。
低功率密度时，电子束中心部分的饱和温度存熔化温 度附近，这时熔化坑较大，可作电子束熔凝处理。
中等功率密度照射时，出现熔化、汽化和蒸发，可用 于电子束焊接。
束流位置控制是为了改变电子束的方向，可用电磁 偏转来控制电子束焦点的位置。如果是偏转电压或 电流按一定程序变化，电子束焦点变按预订的轨迹 运动
束流强度控制通过加在阴极上的负高压（50-150kv） 来实现
三 加工装置
工作台系统
工作台位移控制是为了在加工过程中控制工作台的 位置。因为电子束的偏转距离只能在数毫米之内， 过大将增加像差和影响线性，因此在大面积加工时， 需要用伺服电动机控制工作台移动。一般情况下， 电子束的偏转与工作台的纵横向移动是相互配合使 用的。
1949年，德国首次利用电子束在厚度为0．5mm的 不锈钢板上加工出直径为60．2mm的小孔。开辟了 电子束在材料加工领域的新天地。
1957年法国原子能委员会萨克莱核子研究中心研制 成功世界上第一台用于生产的电子束焊接机，其优 良的焊接质量引起人们广泛重视。
电子束加工
简介
20世纪60年代初期，人们已经成功地将电子束打孔、 铣切、焊接、镀膜和熔炼等工艺技术应用到各工业 部门中，促进了尖端技术的发展。
二 加工原理
三 加工装置
四大系统
电子枪系统
1
抽真空系统
2
电子束控制系统
3
工作台系统（ 电源系统4
三 加工装置
各系统作用
电子束加工装置是由以下几个部分组成的
（1）电子枪系统 用来发射高速电子流并加以初步 聚焦
（2）真空系统 保证真空室内需要的真空度 （3）控制系统 控制电子束的大小和方向 （4）工作台系统 电子束的偏转（或移动），只能 在数毫米范围之内，移动过大则降低加工精度，故
四 加工特点
(3) 电子束的强度、位置、聚焦进行直接控制 位置 控制的准确度可达0．1微米左右，强度和束斑的大 小控制误差也易达到1％以下。通过磁场或电场几乎 可以无惯性，无功率的控制电子束，便于采用计算 机控制，实现加工过程自动化。 (4) 真空环境下加工点不受杂质污染 加工点处能保 持原来材料的纯度。适合于加工易氧化的金属及合 金材料，特别是要求纯度极高的半导体材料。
（2）生产率极高，其他加工方法无可比拟。
（3）能加工各种异形孔(槽)、斜度孔、锥孔，以及 弯孔等。
五应用
打孔
五应用
打孔
五应用
焊接
电子束焊接(Electron Beam Welding)是利用电子束作 为热源的一种焊接工艺。
喷气发动机燃烧室罩、机翼的吸附屏、化纤喷丝头、
人造革透气孔、塑料上的孔，不但用电子束来加工， 而且效率高。
五应用
打孔
例一：
喷气发动机燃烧室罩孔。某喷气发动机燃烧室罩， 其材料为钢CrNiCoMoW，厚度1.1mm。共有3478个 直径为0．8lmm的圆孔分布在外侧球面上，孔径公 差±0.03mm，所有孔中心轴与零件底面垂直。用 K12一Q11P型电子束打孔机加工，零件置于真空室中， 安装在夹具上作连续转动。加工时以200ms的单脉冲 方式工作，脉冲频率1Hz
电子束的偏转与工作台的纵横向移动是相互配合使 用的。
（电源系统 供给稳压电源及高压电源）
三 加工装置
加工装置示意图
三 加工装置
电子枪系统
如图6-2所示，电子枪是用来发 射高速电子流，完成电子的预 聚焦和强度控制的装置。 工作过程是：加热的发射阴极3 发射出电子束，电子束在阳极 光栅较阴极为正的高电压下加 速，当速度达到2/3光速时通过
五应用
打孔
例三：
电子束加工在人造革上的应用。现在人造革已很普
及，但人造革透气性很差，穿着很不舒服。用电子
束在人造革上打孔可以达到相当好的效果。如以天 然革穿着的舒适度为100，微孔聚氨酯革只有55，而 用电子束打孔的PVC革可达85。电子束打孔成本比 天然革成本低，可替代天然革。加工时，用一组钨 杆将电子枪产生的单个电子束分割为200个孔，效率 非常高。因为对孔型无严格要求，人造革在滚筒上 旋转时，电子束无须随之转动。如1.5mm厚革加工 时，脉冲频率为25Hz，打孔速率为5 000／s，滚筒 转速为6r／min。
二 加工原理
电子束非热加工
其工作原理如图5.11所示。该类工艺方法广泛应用于集成 电路、微电子器件、集成光学器件、表面声波器件的制作， 也适用于某些精密机械零件的制造。通常是在材料上涂覆 一层电子胶（称为掩膜），用电子束曝光后，经过显影处 理，形成满足一定要求的掩膜图形，而后进行不同后置工 艺处理，达到加工要求，其槽线尺寸可达微米级
五应用
打孔
例二：
零件材料为钴基耐热合金，厚度4.3—6.3mm。共有 11766个直径为0.81mm的化纤喷丝头通孔，孔径公 差±0.03mm。零件置于真空室中，安装在夹具上作 连续转动。加工时以16ms的单脉冲方式工作，脉冲 频率5Hz。打孔过程中电子束随工件同步偏转，每打 一个孔，电子束跳回原位。加工一件只需要40min， 而用电火花加工则需要30h，用激光加工也要3h才 能完成，而且公差要优于激光加工
（1）大连理工大学三束材料改性国家重点实验室， 采用电子束对材料表面进行照射，研究其对材料表 面的改性。
郝胜志等以纯铝材为基础研究材料，深入研究不同 参数的脉冲电子束轰击处理对试样显微结构和力学 性能的影响规律，进而获得强流脉冲电子束表面改 性的一些微观物理机制。
电子束加工
简介
吴爱民等以H13和D2模具钢为基材，通过脉冲电子 束直接淬火和电子束表面合金化等方法进行表面改 性处理试验。
电子束加工
王国庆
电子束加工
一 二 三 四 五 六
简介 加工原理
加工装置 加工特点 应用 发展前景
要点概览
电子束加工
简介
电子束加工（Electron Beam Machining，简称EBM) 是利用能量密度很高的高速电子流，在一定真空度 的加工舱中使工件材料熔化、蒸发和汽化而去除的 高能束加工。
五应用
打孔
图8.6所示 电子束加工 的喷丝头异型孔截面的 一些实例
如图8.7所示 利用磁场对电 子束方向进行偏转，控制合 适的曲率半径，从而得到所 需的弯孔或弯缝
五应用
打孔
电子束打孔的主要特点概括如下： （1）可以加工出各种金属和非金属材料。但加工玻 璃、陶瓷、宝石等脆性材料时，由于在加工部位的 附近有很大的温差，容易引起变形甚至破裂，所以 在加工前或加工时，需用电阻炉或电子束进行预热。
扫描电子束曝光机研制成功并在20世纪70年代进入 市场，使得制造掩膜或器件所能达到的最小线宽已 小于0.5μm。
目前电子束加工技术在核工业、航空宇航工业、精 密加工业及重型机械等工业部门应用。世界上电子 束加工技术较先进的家是德国、日本、美国以及法 国等
电子束加工
简介
在中国的发展：
我国自20世纪60年代初期开始研究电子束加工工艺， 经过多年的实践，在该领域也取得了一定成果。